專利名稱：用于測量未接地直流電力系統(tǒng)中的漏地電流的設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量未接地DC(直流)電力系統(tǒng)中的漏地電流(ground leakage current)的技術(shù)，特別涉及漏地電流測量設(shè)備和方法，其能夠在兩側(cè)平穩(wěn)地測量漏地電流， 盡管接地故障同時在帶電(live wire)狀態(tài)下在主電線和附屬(auxiliary)電線中發(fā)生， 或是具有同樣的接地電阻的接地故障同時發(fā)生。
背景技術(shù)：
在未接地DC電力系統(tǒng)中，用于測量帶電狀態(tài)下的電線的漏地電流的設(shè)備主要用于對接地故障進行報警，并被安裝在主電力箱中。另外，接地電阻測量設(shè)備可安裝在主電力箱中。通常，接地故障報警電路使用分壓器電路系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用如圖1所示的兩個電阻器Rl和R2 (下面稱為“2R系統(tǒng)”)，接地電阻測量電路使用用于通過使用如圖2所示的兩個齊納二極管ZDl和ZD2產(chǎn)生測量電壓的系統(tǒng)(下面稱為“2ZD系統(tǒng)”)。兩種系統(tǒng)均在下面更為具體地介紹。首先，可在2R系統(tǒng)中考慮具有同樣的接地電阻值的接地故障在兩個電線中均發(fā)生的情況。在這種情況下，用于檢測位移電壓的接地故障報警器Vl和V2上的分壓電壓在2R系統(tǒng)中不改變。因此，接地故障報警電路不運行。另外，可在2R系統(tǒng)中考慮在兩個電線中發(fā)生具有不同的接地電阻值的接地故障的情況。在這種情況下，由于接地電位由在主以及附屬側(cè)的并聯(lián)組合電阻值R1//RG1以及 R2//RG2決定，接地故障報警器Vl與V2的報警運行點可能不同于初始設(shè)置值。這里，報警運行點指示假設(shè)接地故障僅僅在一個電線中發(fā)生時預(yù)先設(shè)置的臨界值。另外，即使在2R系統(tǒng)中當(dāng)接地故障僅僅在一個電線中發(fā)生時，不可能測量依賴于接地電阻值的變化的線性位移電壓。例如，在電阻器Rl和R2在圖1中被設(shè)置在IkQ的狀態(tài)下，當(dāng)主接地電阻器RGl從IOkQ到20k Ω變化時，IOkQ的情況下的并聯(lián)組合電阻值 R1//RG2為大約0.91kQ，20kQ的情況下的并聯(lián)組合電阻值R1//RG2為大約0. 9 Ω。也就是說，盡管接地電阻器RGl的值加倍，并聯(lián)組合電阻值變化大約1.04倍(0. 95/0. 91)，這意味著變化不是線性的。同時，可在2S)系統(tǒng)中考慮具有同樣的接地電阻值的接地故障在兩個電線中均發(fā)生的情況。當(dāng)假設(shè)為電線之間的電壓為48V時，齊納二極管ZDl和ZD2的基準(zhǔn)電壓為20V， 接地電阻器RGl和RG2具有同樣的值，24V的電壓被施加到各個接地電阻器。在這種情況下，漏地電流測試器Al和Α2測量的電壓為4V。因此，漏地電流測試器Al和Α2測量到與實際接地電阻值不同的值。另外，可在2ZD系統(tǒng)中考慮具有不同接地電阻值的接地故障在兩個電線中發(fā)生的情況。此時，當(dāng)假設(shè)為電線之間的電壓為48V時，齊納二極管ZDl和ZD2的基準(zhǔn)值為20V，接地電阻器RGl具有IOkQ的電阻值，接地電阻器RG2具有20kΩ的電阻值，接地電阻器RGl 兩端之間的電壓為16V。因此，實際測量的電壓減小為4V。另外，由于接地電阻器RG2兩端之間的電壓為32V，實際測量的電壓變?yōu)樾∮?的值。因此，不可能測量附屬側(cè)的接地故障。在2ZD系統(tǒng)中，即使是在接地故障僅僅在一個電線中發(fā)生時，例如，在主側(cè)發(fā)生時 (RGl = IOkQ)，在漏地電流測試器Al中流動的電流為0. 4mA( = 4V/10kQ)o這里，由于基準(zhǔn)電壓為20V，接地電阻值在500k Ω而不是IOk Ω處被測量得到(is measured at 500k Ω, not IOkQ )。同時，分布電容器部件在電線和地之間存在，存在例如安裝在負載上的噪音消除電容器的電容器部件。如公知的，這一電容器部件在漏地電流測量中作為噪音，并可作為使得難以測量準(zhǔn)確接地電阻值的原因。另外，為了檢測接地故障位置，廣泛使用這樣的方法 信號發(fā)生器的管理信號被周期性地發(fā)送到電線且安裝在電線分叉點(diverging point)的零序電流互感器(ZCT)基于管理信號來檢測分叉點的漏地電流。當(dāng)發(fā)送到電線的管理信號為正弦波信號時，電容性漏地電流具有超前電阻性漏地電流相位90度的相位。當(dāng)管理信號為方波信號時，電容性漏地電流表現(xiàn)出尖峰。也就是說，為了更為準(zhǔn)確地測量漏地電流，信號發(fā)生器的影響以及上面介紹的電容器部件的影響應(yīng)當(dāng)被移除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一實施例指向一種漏地電流測量設(shè)備和方法，即使接地故障同時在主以及附屬電線中發(fā)生，其能夠測量兩側(cè)的漏地電流。本發(fā)明另一實施例指向一種漏地電流測量設(shè)備和方法，其能夠測量漏地電流，即使具有相同接地電阻值的接地故障同時在主以及附屬電線中發(fā)生。本發(fā)明另一實施例指向一種漏地電流測量設(shè)備和方法，其能夠使得負載的電容器部件以及電線和地之間的分布電容器部件導(dǎo)致的電容性漏地電流的影響最小化。本發(fā)明另一實施例指向一種漏地電流測量設(shè)備和方法，其能夠檢測接地故障位置，而不使用分立的信號發(fā)生器。根據(jù)本發(fā)明一實施例，包含主以及附屬電線的非接地DC電力系統(tǒng)中的漏地電流測量設(shè)備包含切換單元，其被配置為進行通過使用電線的電力向主接地電阻器以及附屬接地電阻器供給測量電力的切換，測量單元，其連接在切換單元和地之間，并被配置為測量主以及附屬漏地電流中的至少一個；控制單元，其被配置為控制切換單元，以便區(qū)分測量單元的主漏地電流操作和附屬漏地電流操作。漏地電流測量設(shè)備的切換單元可包含主存儲部分，其被配置為存儲來自電線電力的主測量電力；主切換部分，其被配置為進行切換，以便將主測量電力供到主接地電阻器；附屬存儲部分，其被配置為存儲來自電線電力的附屬測量電力；附屬切換部分，其被配置為進行切換，以便將附屬測量電力供到附屬接地電阻器。漏地電流測量設(shè)備的控制單元可對主切換部分進行控制，以便在測量單元的主漏地電流測量操作之前將主測量電力供到負載，由此對負載的主電容器部件進行充電。漏地電流測量設(shè)備的控制單元可對附屬切換部分進行控制，以便在測量單元的附屬漏地電流測量操作之前將附屬測量電力供到負載，由此對負載的附屬電容器部件進行充 H1^ ο根據(jù)本發(fā)明另一實施例，包含主以及附屬電線和控制單元的未接地DC電力系統(tǒng)中的漏地電流測量方法包含在控制單元的控制下，通過使用電線的電力，將測量電力供到主或附屬接地電阻器；在區(qū)分測量操作的控制單元的控制下，測量經(jīng)過接地電阻器的主以及附屬漏地電流中的至少一個。測量電力的供給可包含通過使用電線的電力來存儲主測量電力；并將主測量電力供到主接地電阻器。測量電力的供給可包含通過使用電線的電力來存儲附屬測量電力；并將附屬測量電力供到附屬接地電阻器。漏地電流測量方法可進一步包含在將主測量電力供到主接地電阻器之前，將主測量電力供到負載，以便對負載的主電容器部件充電。另外，漏地電流測量方法可進一步包含在將附屬測量電力供到附屬接地電阻器之前，將附屬測量電力供到負載，以便對負載的附屬電容器部件充電。根據(jù)本發(fā)明的實施例，主漏地電流測量運行操作和附屬漏地電流測量操作運行相互排他地進行。因此，即使接地故障同時在主以及附屬電線中發(fā)生或者是發(fā)生具有相同接地電阻值的接地故障，可以測量兩側(cè)的漏地電流。另外，在進行實際漏地電流測量操作之前，負載的電容器部件和電線與接地之間的分布電容器部件被充電。因此，電容器部件導(dǎo)致的電容性漏地電流的影響被最小化。因此，由于測量由接地電阻器導(dǎo)致的純電阻性漏地電流，可以增大可靠性。


圖1示出了傳統(tǒng)的2R系統(tǒng)的原理電路構(gòu)造；圖2示出了傳統(tǒng)的2ZD系統(tǒng)的原理電路構(gòu)造；圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的漏地電流測量設(shè)備的原理功能框圖；圖4闡釋了根據(jù)本發(fā)明該實施例的漏地電流測量操作；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明該實施例的漏地電流測量設(shè)備的電路構(gòu)造；圖6為一流程圖，其闡釋了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的漏地電流測量過程；圖7闡釋了根據(jù)本發(fā)明該實施例的存儲主測量電力的操作；圖8闡釋了根據(jù)本發(fā)明該實施例對負載的主電容器部件充電的操作；圖9闡釋了根據(jù)本發(fā)明該實施例測量主漏地電流的操作；圖10闡釋了根據(jù)本發(fā)明該實施例存儲附屬測量電力的操作；圖11闡釋了根據(jù)本發(fā)明該實施例對負載的附屬電容器部件進行充電的操作；圖12闡釋了根據(jù)本發(fā)明該實施例的附屬漏地電流的操作；圖13闡釋了本發(fā)明應(yīng)用的具體實施例。
具體實施例方式下面將參照附圖詳細介紹本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以以不同的形式實現(xiàn)，不應(yīng)理解為僅限于這里給出的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開徹底且完整，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達本發(fā)明的范圍。貫穿附圖，相似的參考標(biāo)號指的是貫穿本發(fā)明多個附圖和實施例的類似的部件。圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的漏地電流測量設(shè)備的原理功能框圖。漏地電流測量設(shè)備100連接到未接地的DC電力系統(tǒng)——該系統(tǒng)包含主電線P和附屬電線N，并包含主存儲單元110、主切換單元120、附屬存儲單元130、附屬切換單元140、測量單元150、控制單元 160。在本發(fā)明此實施例中，“漏地電流測量”分為主漏地電流測量操作和附屬漏地電流操作，它們互相排他地進行。各個測量操作的概念可由圖4的閉環(huán)來理解。在圖4中，RGl 代表依賴于主接地故障的接地電阻器(下面稱為“主接地電阻器”)，RG2代表依賴于附屬側(cè)接地故障的附屬電阻器(下面稱為“附屬接地電阻器”)。另外，符號A代表主存儲單元110和主切換單元120 —主電線P —主接地電阻器 RGl —接地路徑GP —測量單元150 —主存儲單元110和主切換單元120的閉環(huán)，符號B代表附屬存儲單元130和附屬切換單元140 —測量單元150 —接地路徑GP —附屬接地電阻器RG2 —附屬電線N —附屬存儲單元130和附屬切換單元140的閉環(huán)。這里，接地路徑GP 表示在測量單元150和接地電阻器RGl與RG2之間形成的通過接地的路徑。閉環(huán)A和B僅僅在接地故障發(fā)生時建立。參照圖3，主存儲單元110存儲電線的電力，并可包含電容器(或“condenser”)。 主存儲單元110中存儲的電力用于主漏地電流測量操作，下面稱為“主測量電力”。根據(jù)將在下面介紹的控制單元160的控制信號、或者受歡迎的是指示0N/0FF的切換信號，主切換單元120進行切換，以便將電力線的電力供到主存儲單元110。另外，主切換單元120進行切換，以便將主存儲單元110的主測量電力供到主接地電阻器RG1，主測量電力通過主電線P供到負載RL，以便對負載RL的主電容器部件CLl進行充電，例如，噪音消除電容器等。當(dāng)負載RL的主電容器部件CLl被充電時，在實際主漏地電流測量操作期間，主測量電力的大部分電流向主接地電阻器RGl傳送。理想地，所有電流可流入主接地電阻器 RGl0因此，可以使得負載RL的主電容器部件CLl導(dǎo)致的電容性漏地電流的影響最小化，因此測量主接地電阻器RGl導(dǎo)致的純電阻性漏地電流。另外，由于負載的主電容器部件被充電，可以使得主電線和地之間的分布電容器部件(未示出)的影響最小。同時，類似于主存儲單元110，附屬存儲單元130可包含電容器或“condenser”，并將電線的電力存儲為附屬測量電力。附屬測量電力和上面介紹的主測量電力在作為電線P 和N之間的電壓的同樣的電位處被存儲。例如，當(dāng)主以及附屬電線之間的電壓為48V時，主測量電力和附屬測量電力也在48V時被存儲。也就是說，對于主以及附屬漏地電流測量操作需要的電力在48V處被提供。根據(jù)控制單元160的切換信號，附屬切換單元140進行切換以便將電線的電力供給附屬存儲單元130，并進行切換，以便將存儲在附屬存儲單元130中的附屬測量電力供到附屬接地電阻器RG2，且附屬測量電力通過接地路徑GP被提供給負載RL，以便對附屬電容器部件CL2充電。當(dāng)附屬電容器部件CL2被充電時，在附屬漏地電流測量操作期間，附屬測量電力向著附屬接地電阻器RG2被傳送。這可在與主電容器部件被充電的同樣的背景下理解。測量單元150連接在切換單元120、140與接地GND之間，當(dāng)接地故障發(fā)生時，構(gòu)成通過接地路徑GP到接地電阻器RG1、RG2的路徑，并測量附屬或主漏地電流。這里，測量單元150可包含由測量得到的漏地電流計算主或附屬接地電阻值的功能。本發(fā)明的實施例不限于此，控制單元160可包含計算接地電阻值的功能。
基于切換信號，控制單元160控制主以及附屬切換單元120、140，以便區(qū)分主漏地電流測量操作和附屬漏地電流測量操作?？刂茊卧?60的功能和操作的詳細介紹將在下面
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口 QQ ο圖5示出了漏地電流測量設(shè)備的基本電路構(gòu)造。主存儲單元110具有連接到主電線P的一端。上面介紹的切換單元120包含第一開關(guān)122、第二開關(guān)124、第三開關(guān)126。第一開關(guān)122具有連接到附屬電線N的一端和連接到主存儲單元110另一端的另一端，并響應(yīng)于控制單元160的切換信號被切換，以便在主存儲單元110中存儲主測量電力。第二開關(guān)1 連接在主存儲單元110的另一端和測量單元150的一端之間，并根據(jù)切換信號將主存儲單元110的電力傳送到主接地電阻器RG1。第三開關(guān)1 連接在主存儲單元110的另一端和測量單元150的另一端之間，并根據(jù)切換信號通過主電線P將主存儲單元110的主測量電力供到負載，由此對負載的主電容器部件CLl充電。在本說明書中，切換單元可包含金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)，其具有高電壓和高電流特性。然而，本發(fā)明的實施例不限于此，可使用根據(jù)控制單元的切換信號(ON/ OFF信號)切換的機械開關(guān)。同時，附屬存儲單元130具有連接到附屬電線N的一端。附屬切換單元140包含第四開關(guān)142，第五開關(guān)144，第六開關(guān)146。第四開關(guān)142具有連接到主電線P的一端和連接到附屬切換單元130另一端的另一端，并根據(jù)控制單元160的切換信號在附屬存儲單元130中存儲附屬測量電力。第五開關(guān)144連接在附屬存儲單元130的另一端和測量單元 150的另一端之間，并根據(jù)切換信號將附屬存儲單元110的附屬測量電力傳送到附屬接地電阻器RG2。第六開關(guān)146連接在附屬存儲單元130的另一端和測量單元150的另一端之間，并根據(jù)切換信號通過接地路徑GP將附屬存儲單元130的附屬測量電力傳送到負載，由此對負載的附屬電容器部件CL2充電。同時，參照圖6，根據(jù)本發(fā)明該實施例的漏地電流測量過程可包含在步驟SllO中存儲主測量電力，在步驟S120中對負載的主電容器部件充電，在步驟S130中測量主漏地電流，在步驟S140中測量附屬測量電力，在步驟S150中對負載的附屬電容器部件充電，在步驟S160中測量附屬漏地電流。受歡迎的是，步驟SllO到S160可重復(fù)進行。下面，各個步驟將用顯示出相應(yīng)的開關(guān)的0N/0FF狀態(tài)的表格介紹。[存儲主測量電力-Sl10]參照圖7，控制單元160向第一開關(guān)122供給切換信號(未示出)，即ON信號，以便對主存儲單元110充電。主存儲單元110用主電線P和附屬電線N之間的電壓充電，該電壓用作主測量電力。表格 1
開關(guān)122124126142144146狀態(tài)ONOFFOFFOFFOFFOFF[對負載的主電容器部件充電-S120]當(dāng)主測量電力被存儲時，通過如圖8所示的切換信號，控制單元160開啟第三開關(guān) 126，，使得負載RL的主電容器部件CLl用主存儲單元110的電力充電。此時，主電線P和地之間的分布電容器部件也被充電。因此，可以使得在測量主漏地電流的下一步驟中分布電容器部件以及負載的電容器部件導(dǎo)致的電容性漏地電流的影響最小化。表格權(quán)利要求
1.一種未接地DC電力系統(tǒng)中的漏地電流測量設(shè)備，該系統(tǒng)包含主以及附屬電線，漏地電流測量設(shè)備包含切換單元，其被配置為進行切換，以便通過使用電線的電力將測量電力供到主接地電阻器以及附屬接地電阻器；測量單元，其連接在切換單元和地之間，并被配置為測量主以及附屬漏地電流中的至少一個；以及控制單元，其被配置為控制切換單元，以區(qū)別測量單元的主漏地電流操作和附屬漏地電流操作。
2.權(quán)利要求1的漏地電流測量設(shè)備，其中，切換單元包含 主存儲部分，其被配置為由電線的電力存儲主測量電力；主切換部分，其被配置為進行切換，以便將主測量電力供到主接地電阻器；附屬存儲部分，其被配置為由電線的電力存儲附屬測量電力；以及附屬切換部分，其被配置為進行切換，以便將附屬測量電力供到附屬接地電阻器。
3.權(quán)利要求2的漏地電流測量設(shè)備，其中，控制單元控制主切換部分，以便在測量單元的主漏地電流測量操作之前將主測量電力供到負載，由此對負載的主電容器部件充電。
4.權(quán)利要求2的漏地電流測量設(shè)備，其中，控制單元控制附屬切換部分，以便在測量單元的附屬漏地電流測量操作之前將附屬測量電力供到負載，由此對負載的附屬電容器部件充電。
5.權(quán)利要求2的漏地電流測量設(shè)備，其中，主切換部分包含第一開關(guān)，其一端連接到附屬電線，另一端連接到接至主電線的主存儲部分的一端；以及第二開關(guān)，其連接在主存儲部分的所述一端和測量單元的一端之間，并通過測量單元接地。
6.權(quán)利要求5的漏地電流測量設(shè)備，其還包含第三開關(guān)，第三開關(guān)連接到主存儲部分的所述一端以及測量單元的另一端。
7.權(quán)利要求2的漏地電流測量設(shè)備，其中，附屬切換部分包含第四開關(guān)，其一端連接到主電線，另一端連接到接至附屬電線的主存儲部分的一端；以及第五開關(guān)，其連接在附屬充電部分的一端和測量單元的一端之間，并通過測量單元接地。
8.權(quán)利要求7的漏地電流測量設(shè)備，其還包含第六開關(guān)，第六開關(guān)連接到附屬存儲部分的所述一端和測量單元的另一端。
9.一種未接地DC電力系統(tǒng)中的漏地電流測量方法，該系統(tǒng)包含主以及附屬電線和控制單元，漏地電流測量方法包含在控制單元的控制下，通過使用電線的電力，將測量電力供到主或附屬接地電阻器；以及在區(qū)分測量操作的控制單元的控制下，測量經(jīng)過接地電阻器的主以及附屬漏地電流中的至少一個。
10.權(quán)利要求9的漏地電流測量方法，其中，測量電力的供給包含通過使用電線的電力，存儲主測量電力；以及將主測量電力供到主接地電阻器。
11.權(quán)利要求9的漏地電流測量方法，其中，測量電力的供給包含 通過使用電線的電力，存儲附屬測量電力；以及將附屬測量電力供到附屬接地電阻器。
12.權(quán)利要求10的漏地電流測量方法，其還包含，在將主測量電力供到主接地電阻器之前，將主測量電力供到負載，以便對負載的主電容器部件充電。
13.權(quán)利要求11的漏地電流測量方法，其還包含，在將附屬測量電力供到附屬接地電阻器之前，將附屬測量電力供到負載，以便對負載的附屬電容器部件充電。
全文摘要
提供了一種未接地DC電力系統(tǒng)中的漏地電流測量設(shè)備，該系統(tǒng)包含主以及附屬電線，漏地電流測量設(shè)備包含切換單元，其被配置為進行切換，以便通過使用電線的電力將測量電力供到主接地電阻器以及附屬接地電阻器；測量單元，其連接在切換單元和地之間，并被配置為測量主以及附屬漏地電流中的至少一個；控制單元，其被配置為控制切換單元，以區(qū)別測量單元的主漏地電流操作和附屬漏地電流操作。
文檔編號G01R31/02GK102356326SQ201080012141
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者S·金, Y·金 申請人:威爾電子有限公司